JP4526738B2 - Geological exploration method of existing tunnel and maintenance management method of existing tunnel using it - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、既存トンネルを適切に維持して安全な通行を確保する目的で、必要な保全作業を的確に行うための保守管理技術、あるいはトンネル拡幅工事などの工事の事前調査技術に関し、特に、既存トンネルの供用状態を維持しつつ既存トンネルの地質調査を行い、かかる地質調査の結果に基づいて必要とする保全対策、あるいは既存トンネルの拡幅工事を行う。
【0002】
【従来の技術】
わが国は多くの山岳地帯を有し、かかる山岳地帯を通して鉄道、高速道路網が縦横に張りめぐらされている。そのため、日常交通に不可欠な多数のトンネルが設けられている。また、山岳トンネル以外にも、海峡などで隔てられた区間を結ぶ海底トンネルも設けられている。
【0003】
かかる多数の既存トンネルでは、多量のコンクリートがトンネルの内周面を覆う覆工コンクリートなどとして使用され、そのトンネル構造の安全性を支持している。既存のトンネルは、当然その経年劣化が進むため、例えば覆工コンクリートのコンクリート面の亀裂補修、剥落コンクリート部分の穴埋め補修など、必要な保全作業が適切に行われ、通行の安全が図られている。パトロールなどにより、目視、ハンマーによる打査などの方法により、剥落予想箇所などを予め関知して、事前の予防が図られている。
【0004】
既存トンネルの劣化という問題においては、内的要因としてコンクリート自身の品質や施工方法によるものが、外的要因として地山状況の変化などに基づく地下水の流動、流入、あるいはトンネル内の通行量、それに付随する振動などが考えられる。その内、既存トンネルの置かれた地山状況に基づく外的要因が主因と考えられる場合としては、例えば、地山(地質)条件によって、地山経年変化(劣化、風化などにより強度低下や、地下水の流下に伴う浸透や軟弱化)による覆工コンクリートの劣化促進などがある。
【0005】
そのため、適切な保全作業を遂行するに際しては、個々の状況判断に際して、原因が外的要因、あるいは内的要因のいずれによるものかの切り分けが必要である。例えば、覆工コンクリートの剥落などの劣化現象が、覆工コンクリートと直接接触する地山状況に基づくものか、あるいは交通量など地質状況とは全く関係のない原因に基づくものかの切りわけが必要である。
【0006】
既存トンネルの保守管理については、覆工コンクリートを含めたコンクリートの健全度診断、コンクリートの地山との結合性(コンクリートと周辺地山との間に空洞などが発生していないかなど)、コンクリートの補修技術、コンクリート材料に関する研究(化学的劣化、材料特性など)などの種々の観点からのアプローチが求められ、これらを総合した対策が望まれている。
【0007】
このように、既存トンネルの保守管理におけるトンネル劣化の問題に関しては、上記コンクリート材料やトンネルの環境条件などに起因する問題か、あるいは、破砕帯や劣化、応力解放などの地山状況に関する問題かを明確に切りわけして、その問題状況に合わせた解決を図ることが、適切な解決手段を選択する上で重要である。
【0008】
上記の如く、既存トンネルの保守管理を適切に行うことにより、日常通行が安全に行えるようにすることは極めて大切なことであるが、しかし、既存トンネルが現状の交通状況に既にそぐわなくなっている場合もある。既存トンネルの保守管理による現況判断の中で、将来の交通量の増加予測に基づき、現況の保守管理を行う場合よりも、大量交通に適った規模でのトンネルが求められる場合がある。かかる場合には、既存トンネルとは別ルートの新規トンネル施工、あるいは既存トンネルの拡幅などを考えなければならない。
【0009】
しかし、現実には、建築限界の問題や、経済性、施工条件、周辺環境に及ぼす影響など種々の要因から、既存トンネルを大型のトンネルに拡幅する方が、新たにトンネルを設ける場合よりも有利であり、近年、既存トンネルの拡幅工事が増加しつつある。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
既存トンネルの保守管理に関しては、上記の如く、当面している問題が地山状況に係るものか否かの切りわけが求められる。しかし、既存トンネルに関しては、通常は、トンネルの地山状況に関する地質資料が十分に活用できない状況に置かれ、地山状況の把握が十分に行えない。
【0011】
トンネルの地山状況に関しては、トンネル計画時に、地表側から弾性波探査(屈折法)やボーリング調査が実施され、設計資料として用いられる。さらに施工時の切羽観察や各種計測によってトンネル施工箇所の実際的な地質を確認しながら施工が進められて行く。そのため、本来的には、トンネル完成後の保守管理には、かかる地質調査資料などを使用することにより、トンネル劣化原因の切りわけが行える筈である。
【0012】
しかし、施工後長期間経った既存トンネルでは、かかる資料が散在し、そのためかかる資料が保守、管理に十分に活用できず、実質的にトンネル劣化原因の切りわけが行えない場合も現実には発生している。
【0013】
さらに、トンネル開通後の周辺地山が経時変化して、施工時とは異なる劣化した地質状況に至る場合も十分に考えられ、トンネルの劣化原因の切りわけが速やかに判断できない場合もある。
【0014】
このように、現場の保守管理の場面では、トンネル劣化部位の原因解析に当たって、前記のようにコンクリート自体に問題があるケースなのか、あるいは地山状況に問題があるため発生するケースなのかの十分な切りわけが適切に行えず、保全対策上必要な情報が得られず困る場合が決して少なくない。
【0015】
かかる施工時の地質調査の結果を十分に利用できない場合でも、トンネルの安全通行を管理する上では、トンネル坑内からのトンネルの置かれている地質状況の把握が是非とも必要である。従来の地質探査方法としては、発破を起振源とするTSP法、HSP法が提案されているが、かかる方法はトンネル施工時に適用できるものである。現実に開通されて通行が日常的に行われている既存トンネルで、発破起振を基に地質探査を行う上記方法は、現実的な探査方法ではない。
【0016】
また、発破を起振源としない方法としては、トンネル施工時に適用する方法として、例えば、高電圧プラズマを用いた弾性反射法がある。かかる探査方法では、トンネル内に大きな変圧装置を持ち込み、高電圧をトンネル内に発生させる必要がある。トンネル施工時とは異なり、通行規制などを十全に行ったとしても、高電圧に基づく迷走電流などによる予知できない事故も危惧され、既存トンネルの地質探査方法としては現実的には採用しがたい。
【0017】
トンネルの地質探査方法として提案された上記手法は、あくまでトンネルを施工する際に必要とする探査手法であり、上記説明の如く、日常的に使用している既存トンネルの地質探査には、安全面など種々の観点から簡単には適用できないものである。
【0018】
日常的に使用されているトンネルでは、特にその通行量が多いトンネルでは、地質探査の為とは言え、一時的にでも通行規制を行うことは極力避ける必要がある。鉄道トンネルや、そのトンネルを使用する以外に適当な迂回路がないなどの道路トンネルでは、通行規制の影響は極めて大きく、場合によってはそのトンネルに係る地域の経済活動にも大きな影響を与える場合も十分に想定される。
【0019】
かかる状況では、上記従来手法を安易に採用することはできず、地山状況に問題があると考えられる場合は、ボーリング調査などによって、そのポイントを調査する方法が従来は採用されていた。
【0020】
しかし、供用中のトンネルにおいてはその作業が制約され、非常に難しいのが実状である。また、ボーリング調査によって得られるデータはあるポイント(点)のデータでしかなく、トンネルの一端側の坑口から他端側の坑口までのトンネル全線に亙っての地山情報ではない。
【0021】
さらには、トンネル全線に亙って、ボーリング地質調査を行うのは、理論上は可能ではあるが、しかし、トンネルの全線距離にもよるが、極めて多数のボーリング地点を設定しなければならず、莫大な費用が発生し、現実的な探査方法とは言えない。
【0022】
このような現場状況のなか、近年、覆工コンクリートの剥落などが発生し、大きな社会問題となっている。非接触、非破壊の調査方法によって、実際に利用されている既存トンネルのトンネル全線の地山状態を、利用状況に大きな影響を与えることなく、安全、且つ簡単に探査して、その探査結果に基づき適切なトンネル劣化対策を策定することが現実問題として急がれている。
【0023】
一方、既存トンネルの保守管理における問題と並行して、既存トンネルの現況と将来の交通量の増加を見据えて、現況維持に必要とされる保守管理コストなどの観点から、拡幅工事をも含めた既存トンネルのリニュアル策が必要と判断される場合もある。
【0024】
昨今の交通事情を勘案すると、大型車両の通行が従来にもまして増加しており、建築限界の問題や、経済性、施工条件、周辺環境などを考慮して、既存トンネルを大型のトンネルに拡幅しようとする工事が増加しつつある。既存トンネルとは別に新規トンネルを設ける場合には、用地取得を含めて種々の問題が関わり、早期対応が取りにくい。既存トンネルの拡幅はかかる新規トンネルの場合とは異なり、早期対応が取り易い。かかる拡幅工事では、既存トンネルの拡幅側の地質情報が必要となる。
【0025】
トンネル工事では、計画、設計段階で地質調査が実施され、さらに施工時に切羽観察や各種計測によってトンネル地質を調査しながら掘削が進められるものの、施工時の資料が散在し見あたらず、拡幅工事に必要な地質情報が得られないことが多い。特に、施工時期が古いトンネル(例えば、施工から30年以上経過したトンネル)においては、様々な資料が全くないケースも多い。
【0026】
また、既存の調査結果があったとしても、現在の技術水準(調査方法、トンネル掘削方法)にそぐわない場合も多く、この場合には、現在の技術水準に適合した調査を改めて実施することが望まれる。このように、既存トンネルの拡幅工事では、前記保守管理の対策について求められると同様に、周辺地山状況などの地質情報に関する新たな調査が必要となる。
【0027】
かかる既存トンネルの地質調査に関しては、前記保守管理のための地山状況の影響を切りわけするに際して行う地質調査に伴うと同様の問題が発生する。すなわち、通行規制を極力抑制しての活線下の調査実施、ボーリング地質調査の問題などが考えられる。
【0028】
従って、既存トンネルの拡幅工事のための地質探査手法としても、既存トンネルのトンネル全線の地山状態を、利用状況に大きな影響を与えることなく、安全、且つ簡単に探査する手法が好ましい。非接触・非破壊の調査法によって、トンネル拡幅部の地山の状態を探査する手法が適用できれば好ましい。
【0029】
また、かかる手法で地質情報が得られれば、さらに綿密に調査するためボーリング調査を併用する事態が発生しても、適切なボーリング地点の確認が行える。
【0030】
本発明の目的は、既存トンネルにおいて、トンネルの通行規制を最小限に抑えつつ地質探査を行うことにある。
【0031】
本発明の他の目的は、地質資料が使用できない状況にある既存トンネルでも、トンネル通行を妨げることなく簡単に地質探査を行い、その結果に基づき、トンネルの保守管理を十分に行えるようにすることにある。
【0032】
本発明の他の目的は、地質資料が使用できない状況にある既存トンネルでも、トンネル通行を妨げることなく簡単に地質探査を行い、その結果に基づき、トンネルの拡幅工事などの事前調査に当てることができるようにすることにある。
【0033】
【課題を解決するための手段】
本発明の既存トンネルの地質探査方法は、開通後の既存トンネルの周辺地質を探査する方法であって、前記既存トンネル内の片側車線を車両などの通行が行えるように確保し、前記既存のトンネル内の他方の車線側に、前記既存トンネルの一方のトンネル坑口から他方のトンネル坑口まで、複数の受振装置を所定間隔で設置し、前記受振装置に対応させて、前記既存トンネル坑内の同一起振場所を起振装置で複数回叩いて起振し、起振により発生した弾性波の前記既存トンネルに接する周辺地山状況に応じた反射波を前記受振装置で受振し、前記反射波を解析して前記既存トンネルの周辺地質を探査することを特徴とする。
【0034】
前記一方のトンネル坑口から前記他方のトンネル坑口までの間は、複数の地質測定区間に区分され、複数の前記受振装置は複数の前記地質測定区間を順に移動させて設置することにより、前記既存トンネルの全線に亙って設置されることを特徴とする。前記受振装置は、前記既存トンネルの坑内通行面、および/または覆工コンクリート面に設置され、前記起振装置は前記既存トンネルの前記坑内通行面を叩いて起振することを特徴とする。
【0035】
解析には、前記測定区間の前後端の前端より前方位置から反射してくる前方反射波と、後端より後方位置から反射してくる後方反射波とを、少なくとも使用することを特徴とする。前記前方反射は、前記測定区間の前端に隣接する直前測定区間から反射する前方反射波であり、前記後方反射は、前記測定区間の後端に隣接する直後測定区間から反射する後方反射波であり、各測定区間ごとの地山状況は、直後測定区間での測定により得られた前方反射波と、直前測定区間での測定により得られた後方反射波とを、重合して解析されることを特徴とする。なお、かかる重合は、例えば、同一図面上に前方反射波と後方反射波の波形を重ね合わせるようにして行えばよい。
【0036】
上記いずれかの構成の既存トンネルの地質探査方法により得られた地質情報が、拡幅工事など前記既存トンネルを対象とした工事の施工前事前調査に使用されることを特徴とする既存トンネルの地質探査方法。
【0037】
本発明は、既存トンネル坑内のトンネル劣化原因が地山状況に基づくものか否かの判断を行い、前記判断に基づきトンネル劣化部位の保守対策を策定する既存トンネルの保守管理方法であって、前記トンネル劣化原因が地山状況に基づくものか否かの判断を、上記既存トンネルの地質探査方法の適用により得られた地質情報に基づき行うことを特徴とする。
【0038】
本発明の上記構成では、例えば、既設トンネルの通行面に受振器を複数設置し、かかる通行面の受振装置設置箇所に対応して油圧インパクターなどの起振装置で起振することにより、起振源に発破を用いることなく、安全な地質探査が行える。起振源として自走可能な油圧式小型起振機を用いることができるため、全面通行止めなどの大幅な通行規制を行うことなく、簡単に実際に通行使用している既存トンネルの地質探査を行うことができる。
【0039】
油圧インパクター、油圧バイブロサイスなどの起振装置を起振源として用いることにより、地山特性に則した周波数特性を有する起振装置を採用することができ、既存トンネルのより精度の高い地山状況の把握が行える。
【0040】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。図1(A)、(B)は、既存トンネルの保守管理に必要な地質探査を行う場合の坑内における測定機器の設置状況を示す説明図である。図2は、図1の状況をトンネル内上方から見た様子を模式的に示す平面図である。
【0041】
図1に示す既存のトンネル10としては、例えば、施工後長期間経過しており施工時の地質調査結果が簡単に利用できる状態ではなく、トンネル10の保守管理を円滑に行うための地質調査が改めて必要な場合を想定している。トンネル10は、道路トンネルとして日常的に往来が行われており、地質探査のために全面通行止めを行うのは難しい状況にあるとする。
【0042】
本発明の既存トンネルの地質探査方法では、トンネル10の片側通行を確保ししつつ、すなわち片側に車両通行などを行わせながら、もう一方の片側車線のみで地質探査を行うことができる。
【0043】
トンネル10の一方の坑口11aから他方の坑口11bまでの区間で、図1、2に示すように、トンネル10の敷設方向に沿ったトンネル全線に、同一長さの複数の測定区間として測線区間Lを設定する。図1、2に示す場合には、簡単のために、測線区間Lを一箇所だけ示している。
【0044】
測線区間Lは、図2に示すように、上記の如く、トンネル内の片側車線に設定されているため、本発明を適用するに際しては、トンネル内の全面通行規制を行う必要はなく、片側通行規制だけで済む。かかる様子を、図3(A)に示した。図3(A)では、図面左側が車両Wなどの通行が行えるように確保され、図面右側に測線区間Lが設定されて地質探査が行われている。
【0045】
測線区間Lには、図1に示すように、トンネル方向に沿って、複数の受振装置12が設置されている。受振装置12は、測線区間L内に、トンネル方向に沿って、通行面Aに所定間隔で設置されている。図1に示す場合には、簡単のために8個の受振装置12を配置した構成を示しているが、精度の良好な測定データが得られるように適切なピッチを設定して、それに見合った適当な数の受振装置12を測線区間Lの現場状況に合わせて設置すればよい。
【0046】
複数の受振装置12は数個ずつ1グループに接続され、各々のグループをそれぞれA/D変換器であるリモートユニット13に接続する。リモートユニット13同士は、図1に示すように接続されて、さらに記録/解析装置14に接続されている。
【0047】
受振装置12には、例えば、図4に示す構成のジオフォン(小型地震計)12aを使用すればよい。ジオフォン12aは、受振装置本体15aと、この受振装置本体15aに着脱自在に設けられたスパイク部15bとから構成されており、基本的には、スパイク部15bを測定地盤面に差し込んでジオフォン12aの固定が行えるように構成されている。
【0048】
そのため、通行面Aが非舗装の場合には、図4(A)に示すように、そのまま通行面にスパイク部15bを差し込んで固定すればよいが、アスファルト舗装などの舗装が施されている場合には、通行面Aに安定に載置できる取付座を通行面A上に一旦設け、この取付座上にスパイク部15bを取り外した受振装置本体15aを固定して設置するようにすればよい。
【0049】
このように設置された複数の受振装置12からの信号は、リモートユニット13によりデジタル化され、その後、記録/解析装置14に送られて、記録、解析される。記録/解析装置14は、図1(B)に示すように、受振装置12の近傍で起振する起振装置16に有線または無線で発振指令を出すように構成されている。
【0050】
かかる起振装置16としては、例えば、図5に示す油圧インパクタを使用すればよい。油圧式で上下させる接地板を、通行面Aに衝突させて叩くことにより、弾性波を発生させる小型起振装置を使用することができる。あるいは、車両重量を振動板にかけて通行面Aに圧着させることにより、発生させる弾性波の周波数を変えることができる油圧バイブロサイスなどのバイブレータを使用しても構わない。
【0051】
かかる起振装置16は、図1〜3に示すように、複数の受振装置12の側方近傍を順番に移動して、路盤面Aを叩いて起振し弾性波を発生させる。発生させる弾性波は、現場の地山状況に応じて周波数を変えるようにすればよい。周波数の変更は、その周波数に適った弾性波を発生させる起振装置16を選択して使用すればよい。
【0052】
起振は、上記要領で複数の受振装置12の各々に対応して行なうが、必要に応じて、同一起振場所で、複数回起振(スタッキング、あるいは重合と呼ばれる)を行う。
【0053】
起振装置16により各受振装置12の近傍で起振させることにより発生させられた弾性波は、地中内を起振点から放射状に伝播し、地中内の地質が変わる境界面で反射される。かかる反射波を受振装置12で受振して、弾性波速度と反射時間との関係から反射波を解析して、地質境界面の存在位置を知ることができる。
【0054】
受振装置12で受振する反射波は、起振点の直下方向からの反射波(以下、直下反射波と呼ぶ)もあれば、起振点より前方位置の地中内からの反射波(以下、前方反射波と呼ぶ)、起振点より後方位置の地中内からの反射波(以下、後方反射波と呼ぶ)もある。
【0055】
そこで、直下反射波の解析結果と、前方反射波と後方反射波との解析結果とから、測線区間の地質探査を行えばよい。図6(A)に示すように、路盤面Aの起振点から発生させた弾性波が、路盤面Aに沿って走る地質境界面によって反射される直下反射波を使用することにより、測線区間の直下の地質の水平的な構造の探査(以下、水平構造探査と呼ぶ)が行える。
【0056】
また、図6(B)に示すように、路盤面Aの起振点から発生させた弾性波が、起振点より前方の路盤面Aと交叉する方向に走る地質境界面によって反射される前方反射波を使用することにより、受振装置を設置した測線区間の前方測線区間における地質の鉛直構造がの探査が行える。後方反射波でも同様に、後方測線区間の鉛直的な構造の探査(以下、鉛直構造探査と呼ぶ)が行える。
【0057】
すなわち、図6(C)に示すように、測線区間での起振により、直下反射を使用して地質の水平的な構造状況を、前方反射波、後方反射波を使用して地質の鉛直的な構造状況をそれぞれ調査し、総合的な地質状況の把握が行える。
【0058】
前方反射波と後方反射を解析する場合には、図7に示すように、測線区間Lの前方に隣接して設定した直前測線区間L1と、測線区間Lの後方に隣接して設定した直後測線区間L2との地質状況を知ることができる。図7に示す反射データの解析に際して、測線直下の反射データを省き、前方反射波と後方反射波とを解析した場合を示している。前方反射波と後方反射波の重合解析と、直下反射波の解析とは、別途行えばよい。
【0059】
また、反射データの解析に際しては、所定範囲の反射時間内の反射波を使用することにより、設定した直前測線区間、あるいは直後測線区間からの反射データだけに取得反射データを絞り込むことができる。
【0060】
図7では、トンネル全線に見立てた横軸上に測線区間L、直前測線区間L1、直後測線区間L2をとってある。測線区間Lをとった横軸下側には、測線区間Lで起振装置16により発生させた弾性波の直前測線区間L1、直後測線区間L2に対応する区域で反射された前方反射波、後方反射波の解析図Fを示した。解析図Fは、縦軸方向に反射時間をとり、横軸方向に、測線区間Lに配置した受振装置の設置点、すなわち複数の受振点sをとればよい。受振点sの数に合わせた数の反射波のデータが取得される。
【0061】
また、反射時間は、近い距離から反射される場合には短く、遠い距離から反射される場合に長い時間がかかるため、前述の如く反射時間を適当な範囲に設定すれば、予め設定した区間長を有する直前反射区間L1、直後反射区間L2に対応する反射波のみに解析用の反射波を絞り込み、解析を行うことができる。なお、図7では、解析図中の中央部分は、簡単のために反射波の様子を省略してある。
【0062】
前方反射波、後方反射波の解析からは、反射面少地質、反射面多地質の境界が分かり、すなわち、地質が軟質から硬質へ、硬質から軟質へと変わった境界面の存在と、これらの境界面に対応した軟質ゾーン、硬質ゾーンがそれぞれどの程度続いているかという地質状況が分かる。
【0063】
因みに、受振装置12の設置間隔としては、精度の良好なデータを取得するためには、間隔を短くすればよいが、その分多数の受振装置12を設置することとなる。実験では、1.5〜2m間隔で直線状に設置すれば、精度の良好なデータ取得が可能であることが確認された。勿論、現場状況と、希望データの精度との兼ね合いで、設置間隔は適宜設定すればよい。
【0064】
図7の測線区間Lの解析図Fでは、前方反射波、後方反射波以外の反射波をノイズとして除去した解析波形群を模式的に示している。解析波形群に示す多数の反射波は、解析波形群の水平目盛り上に示した多数の起振点に一対一に対応した受振点sで受振した前方反射波、後方反射波を示している。
【0065】
図7には、個々の前方反射波、後方反射波は、それぞれの起振点で複数回起振させ、個別スタッキングにより重ね合わされた波形に、その起振点とは異なる別起振点で起振させて得られた複数の反射波を、その起振点で行なったように位置補正を行なってさらに重ね合わされた重合波形が示されている。
【0066】
なお、かかる2つの異なるスタッキングを簡単に行なえるのは、本発明で、起振源として発破を用いることなく、自走可能な起振装置を使用しているためである。
【0067】
かかる解析波形群は、図7に示すように、大きな波xが連続的に見られる部分と、小さな波yが連続的に見られる部分とがあることが分かる。各受振点sにおける大きな波xと小さな波yとの境界にある波頭を直線で結んで、図面右斜め上(あるいは図面左斜め上)に向けて外挿線zを延ばすことにより、大きな波の前方反射(あるいは、後方反射波)が起きる比較的硬質の地質と比較的軟質の地質との境界面の存在を予知することができる。大きな波xが多数見られる部分は、比較的硬質地質であり、小さな波yが多数見られる部分は比較的軟質地質であると判断できる。
【0068】
すなわち、大きな波xの多数見られる部分と、小さな波yが多数見られる部分との境界にある波頭を繋いで外に延ばした外挿線zと、横軸との交点距離を読み取れば、そこに測線区間L1からの地質の軟質部分と硬質部分との境界面(地質境界面)とが存在すると大体の判断ができる。図7では、測線区間Lの前後の地質状況を、前方反射面、あるいは後方反射波の多寡によりゾーニングした場合を示している。
【0069】
このようにして判断された直前測線区間L1、直後測線区間L2の地質状況を、対応する区間の横軸上に示した。図7では、直前測線区間L1では、測線区間Lに近い側から、順に前方に向けて(図7では、図面右側に向けて)、反射面が少ない反射面少地質(硬質)、反射面が多い反射面多地質(軟質)、反射面少地質(硬質)、反射面多地質(軟質)、反射面少地質(硬質)と頻繁に地質状況が変化する複雑な地質状況が確認される。
【0070】
一方、直後測線区間L2では、測線区間Lに近い側から、順に後方に向けて(図7では、図面左側に向けて)反射面少地質(硬質)、反射面多地質(軟質)、反射面少地質(硬質)がほぼ等間隔に繰り返す比較的安定な地質状況であることが分かる。このようにして、測線区間Lでの調査から、その前後の直前測線区間L1、直後測線区間L2についての地質状況が分かる。
【0071】
このようにして測線区間Lでの地質調査が終了したら、隣接する直前測線区間L2に移動して地質調査を行う。本実施の形態では、複数の測線区間は同一長さに設定されているため、測線区間Lと直前測線区間L1とは同一長さであり、測線区間Lで受振装置12を設定したと同様にして受振装置12の設置が簡単に行える。受振装置12、リモートユニット13、記録/解析装置14などを測線区間Lと同様に設定し、配置した複数の受振装置12の近傍を順次起振装置で起振して行き、前記説明と同様にして測線区間L1の地質調査を行えばよい。
【0072】
測線区間L1の地質調査では、前記測線区間Lで行ったと同様に、前方反射波と後方反射波との解析を行い、直前測線区間L1に対して前方直前測線区間L3と後方直前測線区間に相当する測線区間Lの地質調査を行う。このようにして、複数の測線区間を順次移動させて受振装置12を設置し、設置の都度起振装置16で起振させて反射波を受振しながら、データを取得して、最終的にトンネル全線に亙ってのデータを取得することができる。
【0073】
このようにして順次測線区間を移動しながら、測線区間の直下、直前、直後の区間の地質データを取得し、これらの地質データを合わせてトンネル全線の地質状況を解析するが、かかる手順を図8に示す。図8には、トンネル全線に沿って、6ブロックの測線区間a、b、c、d、e、fを設定し、各測線区間を順次移動しながら、前後の反射波を用いて、上記説明の要領で地質調査を行う様子を示している。
【0074】
図8には、現に測定している測線区間の前後の測線区間のデータから、各測線区間で得られる地質状況が把握される様子を示している。トンネルの両端の坑口に隣接している測線区間では、前方反射波と後方反射波のいずれか一方の反射がデータとして得られることとなる。
【0075】
すなわち、図8の測線区間aにおける測定では、前方探査結果A1として直前測線区間に相当する測線区間bの地質結果、およびトンネル坑口の外になる区間の地質結果が得られることとなる。測線区間bにおける測定では、前方探査結果B1として直前測線区間に相当する測線区間cの地質結果、および後方探査結果B2として直後測線区間に相当する測線区間aの地質結果が得られる。
【0076】
測線区間cにおける測定では、前方探査結果C1として直前測線区間に相当する測線区間dの地質結果、および後方探査結果C2として直後測線区間に相当する測線区間bの地質結果が得られる。測線区間dにおける測定では、前方探査結果D1として直前測線区間に相当する測線区間eの地質結果、および後方探査結果D2として直後測線区間に相当する測線区間dの地質結果が得られる。
【0077】
測線区間eにおける測定では、前方探査結果E1として直前測線区間に相当する測線区間fの地質結果、および後方探査結果E2として直後測線区間に相当する測線区間eの地質結果が得られる。測線区間fにおける測定では、トンネル坑口の外の区域の前方探査結果、および後方探査結果F2として直後測線区間に相当する測線区間eの地質結果が得られる。
【0078】
このようにして、トンネル両端坑口側測線区間(例えば、図8ではa、fに相当)を除いては、各測線区間の地質結果は、図8の下方の解析結果に示すように、A1+C2、B1+D2、C1+E2、D1+F2などのように、前方探査結果と後方探査結果との重ね合わせとして解析できることとなる。本発明では、各測線区間の前方、後方の両者の測定データを合わせることができるため、いずれか一方のデータに基づき解析する場合に比べて、精度が高く、詳細な地質調査を行うことができる。
【0079】
さらに、各測線区間では前後の反射波から得られた鉛直構造探査の結果の他に、前述の如く直下反射波からも水平構造探査の結果が得られるため、前後の反射波からのみの解析結果よりも高い精度の地質探査結果が得られる。
【0080】
図9に示すように、上記要領で解析を行うことにより、例えば、測線区間Lの前方には、破砕帯、あるいは地山脆弱部、地質境界などが存在することが確認され、また、後方には、例えば地山の緩みなどが確認できることとなる。
【0081】
本発明の既設トンネルの地質探査方法では、前記説明のように、全面通行規制を行うことなく、簡単な起振装置でトンネルの地質探査が行えるため、かかる探査方法を取り入れた本発明のトンネル保守管理方法は、通行量の多い幹線トンネルなどでも通行を大幅に妨げることなく、短時間で、安全に、トンネル劣化に対する適切な保全対策を策定することができる。
【0082】
上記説明では、予め複数の測線区間(測定区間)を設定しておき、受振装置などのセットを各測線区間を順次移動させることにより反射波データをその都度各測線区間で取得して、その解析を行う手法について説明したが、例えば、短いトンネルなどの場合にはトンネル全線に亙って所定間隔に受振装置を設置して測定するようにしてもよい。解析段階で、複数の測線区間にデータを分けて解析する手法を採用してもよい。勿論、解析段階でも複数の測線区間にデータを分けずに行うこともできる。
【0083】
長いトンネルなどでは、受振装置を全線に一度に設置するには、極めて多数の受振装置を設置することとなり、現実的対応としては難しい場合も十分に考えられる。前記説明のように予め複数の測線区間を設定しておき、ある程度の限られた個数の受振装置を順に移動させて測定すれば、現場対応が容易である。
【0084】
また、かかる場合には、例えば、測線区間に設置する受振装置などのセットを、複数セット用意しておき、現在起振装置で測定している間に、前方の測線区間に先回りして受振装置などをセットするようにすれば、受振装置をセットする度に起振作業を止めることなく、先回りして受振装置をセットして行く測線区間に向けて連続的に起振して行くことができるので、効率よい地質探査作業が行える。
【0085】
次に、本発明の既存トンネルの保守管理方法について説明する。本発明のトンネルの保守管理方法では、上記説明の既存トンネルの地質探査方法に基づく結果により、その保守、管理対策を適切に行う方法である。
【0086】
トンネルの全線に亙って、監視パトロールでトンネルの劣化状況を詳細に調べる。例えば、坑内のどの位置の覆工コンクリートにどの程度のクラックが入っているか、コンクリートの剥離は見られないかなど、きめ細かに観察してその状況を記録する。記録に際しては、状況スケッチ、あるいは写真撮影を適宜駆使して行う。
【0087】
併せて、既存トンネルの周辺の地山状況を、前記説明の地質探査方法に従って行う。トンネルの全線に沿って、小区間毎に区切って、その地山状況を詳細に調べる。かかる小区間は、地質探査で区画した測線区間と同一とすればよい。前記説明の地質探査を適用して、測線区間ごとの地質構成、地山強度、劣化範囲、地盤支持力などを評価する。
【0088】
かかる評価と、前記監視パトロールなどにより得られたトンネルの劣化状況を、測線区間ごとに対比して、トンネル劣化調査書などの書類形式あるいはコンピュータで読取り書込可能なデータなどにまとめておく。まとめるに際しては、トンネルの全線方向に沿って、各測線区間ごとに、例えばm単位で、あるいはcm単位でその位置における地質状況と劣化状況との比較が速やかに行えるようにしておく。
【0089】
さらに、かかるトンネル劣化調査書には、将来に亙って劣化状況や地山状況の変化の動静が簡単に記載でき、経年比較が速やかに行えるようにしておく。トンネル劣化調査書の確認により、トンネル劣化部位に相当する地質は、例えば、凝灰岩か、あるいは泥岩か、あるいは安山岩かなどが、必要に応じて速やかに分かるようにしておく。
【0090】
このようにしておけば、例えば、覆工コンクリートのクラックなどのトンネル劣化が、地質状況などの外的要因に基づくものか、あるいはその他の内的要因に基づくものかの判断が速やかに行える。周辺地山状況に基づく外的要因が上記クラックの原因であると判断された場合には、さらに、そのクラックの経年比較を上記トンネル劣化調査書に基づき行い、クラックの進行が認められるか否か判断する。
【0091】
クラックの進行が実質的に認められず、さらに地質探査結果から周辺地山が安定しているものと判断できるときには、例えば、覆工コンクリートのクラックに接着剤を注入してその拡大、剥離を防止するなどの、所謂補修対策を施せばよいと判断する。
【0092】
一方、クラックに進行が認められ、且つ、周辺地山が安定せずその影響を受けてトンネル構造の耐荷力が相対的に低下したと認められる場合には、トンネル構造の耐荷力の低下抑制、あるいは耐荷力の向上を図るために、トンネルの構造的な補強を施すべきと判断する。
【0093】
このようにして、前記説明の本発明の既存トンネルの地質探査方法を利用する本発明の既存トンネルの保守管理方法では、前記説明の地質探査方法により得られた地質探査結果に基づき、トンネル劣化原因がトンネルの周辺地山状況によるものか否かを判断し、次いで地山状況によるものと判断された場合には、トンネル劣化状況と地山状況とを比較考量して、補修対策で済ませられるのか、あるいはトンネル構造上の補強対策が必要かを、速やかに且つ的確に判断することができる。
【0094】
そのため、大がかりな通行規制を行わずに、且つ、発破起振を使用することなく、移動可能な簡単な起振装置による路盤面を叩く起振方法で、前方反射波、後方反射波などを利用して詳細な地質探査が行える本発明の周辺地山状況の適切な地質探査方法との組合せがない従来の既存トンネルの保守管理方法と比べて、本発明に係る既存トンネルの保守管理方法は、トンネル劣化原因が周辺地山状況によるものか否かの切りわけが的確に行え、トンネルの安全管理に極めて有効な保守管理方法である。
【0095】
以上のように本発明の地質探査方法を使用することにより、既存トンネルの保守管理に必要なトンネル周辺の地山状況などの地質情報を得ることができるが、本発明の地質探査方法は、既存トンネルの拡幅工事などに必要な地質調査にも適用できる。以下、かかる適用方法について説明する。
【0096】
例えば、図10に示すように、図中破線表示した既存のトンネル10を、将来の交通量の増加などを見越して、図面に向かって右側に拡幅しようとする場合について、以下説明する。
【0097】
トンネル10の図面に向かって左側を交互通行できるように確保して、右側に、図1に示すように、ジオフォン12aを受振装置12として、所定間隔で、トンネル10のトンネル方向に沿って、複数設置して測線を形成する。受振装置12は、トンネル10の壁面側に寄せて設置し、個々の受振装置12の側方で、起振装置16により起振して、発生させた弾性波の反射波および屈折波を受振装置12で受振する。
【0098】
このようにして得られたデータに、弾性波反射法と共に弾性波屈折法を適用して、データ上の臨界屈折波を解析することにより、前記弾性波反射法により得られたとは異なる地質情報を得ることができる。
【0099】
起振点から放射された弾性波は、直接波、反射波、屈折波として受振点に到達するが、表層より下層の弾性波速度が速い場合には、ある距離以上離れた受振点では、屈折波が最も早くに到達する波(初動)として観測される。そこで、各受振点で、初動到達時間である走時を、起振点からの距離でプロットした走時曲線を作成して地質状況を把握する。
【0100】
弾性波反射法による解析では、図11(A)に示すように、反射波が返ってくる時間と、反射位置(反射深度、反射場所)とを知ることができる。そのため、弾性波屈折法に比べて、図7に示すように、深い深度における弾性波速度が速いから遅い、あるいは遅いから速いに変わる境界面の存在位置が分かる。かかる反射強度の変化により、それに対応する具体的な反射波解析地質構造を知ることができる。
【0101】
一方、弾性波屈折法による解析では、図11(B)に示すように、ある弾性波速度(Vp)の屈折波が返ってくる時間が分かる。かかる時間から受振点と起振点との距離が分かり、併せて、受振点と起振点との間の速度構造が分かり、かかる速度構造から具体的な地質構造が分かる。弾性波屈折法による解析では、弾性波反射法に比べて深度が浅い状態で弾性波速度のゾーンとして捉えられた屈折波解析地質構造を知ることができる。
【0102】
このようにして反射波、屈折波のそれぞれを解析して得られた弾性波解析地質構造と屈折波解析地質構造とを併用することにより、地表面の浅い深度から深い深度までの連続的地質構造に関する地質情報を取得することができる。測線の地中直下からの屈折波の解析により水平構造の解析が、測線の前方、あるいは後方地中内からの屈折波の解析により鉛直構造の解析を行えばよい。
【0103】
既存トンネルの保守、管理の観点から劣化原因を技術的に分析するに際しては、弾性波反射法による地質情報でも十分と考えられるが、実際に掘削施工を必要とする既存トンネルの拡幅施工では、上記弾性波屈折法に基づく屈折波解析地質構造が、反射波解析地質構造の他に有用な地質情報となる。
【0104】
図中、トンネル10の拡幅方向の探査領域17を点線で示した。探査領域17における上記反射波、屈折波のそれぞれの解析に関わる両地質構造地質情報に基づき、図10に示すように新たな拡幅トンネル18を形成すればよい。
【0105】
図12に示す場合には、既存のトンネル10を左右方向に拡幅する際の地質探査状況を示している。この場合には、例えば、左側の交互通行を確保した状態で右側の地質探査を行い、その後右側の交互交通確保した状態で左側の地質探査を行えばよい。このようにして、トンネル10の拡幅方向である左右の水平、鉛直方向の地質情報を前記の如く得ることができる。
【0106】
本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で必要に応じて変更してもよい。
【0107】
例えば、前記説明では、通行面を起振装置で起振する方法を採用した場合について説明したが、トンネルの側壁面、或いは可能なら天井面を起振するようにしてもよい。また、トンネル坑内の形状については、前記説明では丸天井型のトンネルを想定して説明したが、例えば、図3(B)に示すように、坑内が角形に構成された場合でも問題なく適用することができる。
【0108】
例えば、前記説明では、片側一車線を完全に止めて片側通行としたし場合を示すが、長いトンネルでは、測線区間の前後をも通行可能に構成して、測線区間のみを避けるように通行規制すれば、通行規制をより緩和した状態での地質探査が行える。
【0109】
上記説明では道路トンネルの場合について説明したが、鉄道トンネルの場合でも同様にして行える。この場合には、起振装置を鉄道のレール上を走行可能に構成しておくこともできる。あるいは、レールの路肩側を起振して進むこともできる。
【0110】
また、開通後でも地質探査が随時必要に応じて行えるように、受振装置の設置スペース、および起振装置による起振点用のスペースを、予めトンネル内に設けるトンネル設計を行っておくことも好ましい。
【0111】
さらに解析に際しては、トンネルの周辺地山の状況によっては、トンネル直下の水平構造の情報が重要でないと判断される場合には、直下反射波の解析を行わずに、前後の反射波の解析を行うようにしてもよい。
【0112】
本発明の適用は、何ら山岳トンネルに限定する必要はなく、海底トンネルにも適用できる。特に、海底トンネルでは、常に大きな水圧がかかりトンネル内への出水状況などの確認を怠ることができず、且つ発破起振を使用することもできないので、本発明の適用は有効である。適用はトンネルに限らず、トンネルと略同一構成の地下道、洞穴、洞窟などの地質探査にも適用することができる。
【0113】
【発明の効果】
本発明により、トンネル坑内の通行面などを叩いて起振する起振装置を使用して、既存トンネルの地質探査を行うことができる。特に、発破起振を採用していないため、既存トンネルに被害を与えることなく、安全に探査することができる。
【0114】
本発明では、起振装置を使用することにより、発破起振の場合とは異なり、発生弾性波の周波数を地山状況に合わせて変えることができ、より精度の高い地質探査が可能である。また、発破起振の場合とは異なり起振位置の制限がないため、既存トンネルの通行面に限らず、トンネル坑内側面、天井面などの自由な起振位置の選択が行える。
【0115】
受振装置の設置位置も、トンネルの通行面や、あるいは側壁近傍など、トンネルの坑内のどの位置でも構わなく、発破起振に比べて機器設置の自由度が高い。起振位置、受振位置ともに削孔作業の必要がなく、測定前の段取りに手間がかからない。
【0116】
本発明では、トンネル全線に沿って、複数の測定区間を設けて、起振点と受振点とを複数箇所設置することにより、直下反射波のみで解析する場合に比べて、起振点から前方の反射波と、後方の反射波とを重ね合わせて解析することができるのでより精度の高い地質探査が行える。
【0117】
発破起振とは異なり、同一地点で複数回起振する個別スタッキングが行なえるため、弾性波エネルギーが発破起振の場合より小さくても、地質探査を精度良く行なうことができる。
【0118】
起振装置を使用することにより、発破起振に比べて発生させる弾性波のエネルギーを小さく抑えることができ、起振位置から比較的近い箇所でも、弾性波が透過する割合が少なく、発破起振ではその詳細な探査ができない測定区間から100m程度までの比較的近い近傍区間のデータをも詳細に判別することができる。
【0119】
同一トンネルで測定位置の異なるデータを重ね合わせて評価することができ、測定回数が増えれば増えるほど、測定精度が向上する。1回目の測定データを2回目、3回目、それ以降の測定に反映することができる。
【0120】
本発明の既存トンネルの地質探査方法は、既存トンネルの拡幅工事の地質調査用の事前調査データとして使用することができ、拡幅工事における地質調査を活線下で行うことができる。
【0121】
本発明の既存トンネルの保守管理方法では、本発明の既存トンネルの地質探査方法に基づく地質探査結果を利用するため、従来とは異なり、精度のよい保守対策を施すことができる。また、本発明の既存トンネルの地質探査方法は、発破起振などを用いずに行う方法であるため、大がかりなコストをかけずに地質探査が行え、多数ある小規模のトンネルでもコストをかけずに保守管理が行える。
【図面の簡単な説明】
【図1】(A)は、本発明の適用するトンネル内の測定機器の配置状況の一例を示す説明図であり、(B)は、記録/解析装置の接続状況を示す説明図である。
【図2】トンネル坑内の起振、受振状況を示す平面図である。
【図3】(A)、(B)は、トンネル坑内で片側通行を行いつつ地質探査を行う様子を示し断面図である。
【図4】(A)は受振装置の設置状況を示す断面図であり、(B)は設置した受振装置の様子を示す斜視図である。
【図5】起振装置を使用して起振している状況を示す側面図である。
【図6】(A)は直下反射波により水平構造探査の状況を示す説明図であり、(B)は前後の反射波により鉛直構造探査の状況を示す説明図であり、(C)は測線区間での水平構造探査と鉛直構造探査の両探査状況を示す説明図である。
【図7】前方反射波と後方反射波とを利用した解析図の使用状況を示す説明図である。
【図8】トンネル全線を複数の測定区間に区分して地質探査を行う手順を示す説明図である。
【図9】解析結果から判断された地質状況の一例を示す説明図である。
【図10】トンネルを片側方向に拡幅するための地質探査を行う場合を示す説明図である。
【図11】(A)は弾性波の反射状況を示す模式図であり、(B)は弾性波の屈折状況を示す模式図である。
【図12】トンネルを両側に拡幅するための地質探査を行う場合を示す説明図である。
【符号の説明】
10 トンネル
11a 坑口
11b 坑口
12 受振装置
12a ジオフォン
13 リモートユニット
14 記録/解析装置
15a 受振装置本体
15b スパイク部
16 起振装置
17 探査領域
18 拡幅トンネル
a 測線区間
b 測線区間
c 測線区間
d 測線区間
e 測線区間
A 通行面
A1 前方探査結果
A2 後方探査結果
B1 前方探査結果
B2 後方探査結果
C1 前方探査結果
C2 後方探査結果
D1 前方探査結果
D2 後方探査結果
E1 前方探査結果
E2 後方探査結果
F1 前方探査結果
F2 後方探査結果
L 測線区間
L1 直前測線区間
L2 直後測線区間
L3 測線区間
W 車両
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to maintenance management technology for accurately performing necessary maintenance work for the purpose of appropriately maintaining existing tunnels and ensuring safe traffic, or prior survey technology for construction such as tunnel widening work, Conduct geological surveys of existing tunnels while maintaining the operational status of existing tunnels, and perform necessary maintenance measures or widening of existing tunnels based on the results of such geological surveys.
[0002]
[Prior art]
Japan has many mountainous areas, and railroads and highway networks run through the mountainous areas. Therefore, there are many tunnels that are indispensable for daily traffic. In addition to mountain tunnels, there are also submarine tunnels that connect sections separated by straits.
[0003]
In many of such existing tunnels, a large amount of concrete is used as lining concrete that covers the inner peripheral surface of the tunnel, and supports the safety of the tunnel structure. The existing tunnel naturally deteriorates over time, so the necessary maintenance work such as repairing cracks in the concrete surface of the lining concrete and filling in the cracked concrete part is appropriately performed, and traffic safety is achieved. . Precautions are taken in advance by knowing in advance the expected location of peeling by means of visual inspection, hammering, etc., using a patrol or the like.
[0004]
In the problem of deterioration of existing tunnels, the internal factors depend on the quality of concrete itself and the construction method. The external factors are the flow and inflow of groundwater based on changes in ground conditions, the amount of traffic in the tunnel, The accompanying vibration is considered. Among them, external factors based on the natural conditions of the existing tunnels are considered to be the main causes. For example, depending on the natural conditions (geological conditions), natural strength over time (deterioration, weathering, etc. Acceleration of lining concrete deterioration due to infiltration and softening associated with groundwater flow.
[0005]
For this reason, when performing appropriate maintenance work, it is necessary to determine whether the cause is an external factor or an internal factor in determining each situation. For example, it is necessary to determine whether the deterioration phenomenon such as peeling of the lining concrete is based on ground conditions that are in direct contact with the lining concrete or based on causes that are completely unrelated to the geological conditions such as traffic volume. It is.
[0006]
As for maintenance management of existing tunnels, soundness diagnosis of concrete including lining concrete, connectivity with concrete ground (such as whether there is a cavity between concrete and surrounding ground), concrete, etc. Approaches from various viewpoints such as research on repairing materials and research on concrete materials (chemical deterioration, material characteristics, etc.) are required, and measures that integrate these are desired.
[0007]
In this way, regarding the problem of tunnel degradation in the maintenance management of existing tunnels, whether it is a problem due to the above-mentioned concrete material or the environmental conditions of the tunnel, or a problem related to ground conditions such as crushing zone, degradation, stress release, etc. It is important to select an appropriate solution by clearly dividing it and trying to solve it according to the problem situation.
[0008]
As mentioned above, it is extremely important to ensure that daily traffic can be performed safely by appropriately maintaining and managing existing tunnels. However, existing tunnels are no longer suitable for current traffic conditions. In some cases. In the current situation judgment based on the maintenance management of existing tunnels, there is a case where a tunnel having a scale suitable for mass traffic may be required based on the predicted increase in traffic volume in the future rather than performing maintenance management of the current situation. In such a case, it is necessary to consider the construction of a new tunnel other than the existing tunnel or the widening of the existing tunnel.
[0009]
However, in reality, it is more advantageous to widen the existing tunnel to a large tunnel than to create a new tunnel due to various factors such as the problem of construction limits, economics, construction conditions, and the effect on the surrounding environment. In recent years, widening work for existing tunnels is increasing.
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
Regarding the maintenance management of existing tunnels, as described above, it is necessary to determine whether or not the problem at hand is related to the natural conditions. However, the existing tunnels are usually in a situation where the geological data on the ground conditions of the tunnel cannot be fully utilized, and it is not possible to fully grasp the ground conditions.
[0011]
Regarding tunnel ground conditions, at the time of tunnel planning, elastic wave exploration (refraction method) and boring survey are conducted from the surface side and used as design data. Furthermore, the construction is proceeding while confirming the actual geology of the tunnel construction site through observation of the working face and various measurements during construction. For this reason, the cause of tunnel degradation should be isolated by using such geological survey materials for maintenance management after completion of the tunnel.
[0012]
However, in existing tunnels that have passed for a long time after construction, such materials are scattered, so such materials cannot be fully utilized for maintenance and management, and there are cases where the cause of tunnel deterioration cannot be substantially isolated. is doing.
[0013]
In addition, it is fully conceivable that the surrounding ground after the opening of the tunnel changes over time, leading to a deteriorated geological situation different from that at the time of construction, and the cause of the deterioration of the tunnel may not be determined quickly.
[0014]
In this way, in the field of maintenance management at the site, it is sufficient whether the case where there is a problem with the concrete itself as described above or the case where it occurs because there is a problem with the ground condition in analyzing the cause of the tunnel degradation site. There are many cases in which it is difficult to make appropriate cuts and the necessary information for maintenance measures cannot be obtained.
[0015]
Even when the results of geological surveys at the time of such construction cannot be fully utilized, it is necessary to grasp the geological situation where the tunnels are located from the tunnel mine in order to manage the safe passage of the tunnel. As a conventional geological exploration method, a TSP method and an HSP method using blasting as a vibration source have been proposed, but such a method can be applied during tunnel construction. The above-mentioned method of conducting geological exploration based on blasting vibrations in an existing tunnel that is actually opened and is routinely conducted is not a realistic exploration method.
[0016]
In addition, as a method that does not use blasting as a vibration source, for example, there is an elastic reflection method using high-voltage plasma as a method applied at the time of tunnel construction. In this exploration method, it is necessary to bring a large transformer into the tunnel and generate a high voltage in the tunnel. Unlike tunnel construction, even if thorough traffic regulations are implemented, there are concerns about unforeseen accidents due to stray currents based on high voltage, and it is difficult to adopt as a geological exploration method for existing tunnels. .
[0017]
The above-mentioned method proposed as a geological exploration method for tunnels is an exploration method that is necessary when constructing tunnels. As explained above, for the geological exploration of existing tunnels that are used on a daily basis, It cannot be easily applied from various viewpoints.
[0018]
In tunnels that are used on a daily basis, especially in tunnels with a large amount of traffic, it is necessary to avoid traffic restrictions even if temporarily, although it is for geological exploration. In road tunnels, such as railway tunnels and road tunnels that do not have appropriate detours other than using the tunnel, the impact of traffic restrictions is extremely large, and in some cases, it may have a significant impact on the local economic activities. Fully assumed.
[0019]
In such a situation, the above conventional method cannot be easily adopted, and when it is considered that there is a problem in the ground condition, a method of investigating the point by a boring survey or the like has been conventionally adopted.
[0020]
However, the actual situation is that it is very difficult because the work is limited in the tunnel in service. Moreover, the data obtained by the boring survey is only data of a certain point (point), and is not information on the ground across the entire tunnel from the tunnel head on one end side to the tunnel head on the other end side.
[0021]
Furthermore, it is theoretically possible to conduct a boring geological survey over the entire tunnel, but depending on the total line distance of the tunnel, an extremely large number of boring points must be set, Enormous costs are incurred, and it is not a realistic exploration method.
[0022]
In such a field situation, peeling of lining concrete has occurred in recent years, which has become a major social problem. By using non-contact and non-destructive investigation methods, the ground conditions of the entire tunnels of existing tunnels that are actually used can be explored safely and easily without greatly affecting the utilization status, and the results of the investigation Based on this, it is urgently necessary to formulate appropriate countermeasures against tunnel degradation.
[0023]
On the other hand, in parallel with the problems in the maintenance management of the existing tunnel, in consideration of the current status of the existing tunnel and the future traffic increase, widening work was also included from the viewpoint of maintenance management costs required to maintain the current status. In some cases, it may be necessary to renew existing tunnels.
[0024]
Considering recent traffic conditions, traffic of large vehicles has increased compared to the past, and the existing tunnels have been widened to large tunnels in consideration of problems of construction limits, economy, construction conditions, surrounding environment, etc. The number of constructions to be increased is increasing. When a new tunnel is provided in addition to the existing tunnel, various problems including land acquisition are involved, and it is difficult to take early action. The widening of the existing tunnel is easy to take early measures, unlike the case of such a new tunnel. Such widening work requires geological information on the widening side of the existing tunnel.
[0025]
In tunnel construction, geological surveys are carried out at the planning and design stages, and drilling is carried out while investigating the tunnel geology through face observation and various measurements at the time of construction. Often no geological information is available. In particular, there are many cases in which various materials are not available at all in tunnels with an old construction period (for example, tunnels that have passed over 30 years since construction).
[0026]
In addition, even if there are existing survey results, there are many cases that do not match the current technical level (investigation method, tunnel excavation method). In this case, it is desirable to conduct a survey that conforms to the current technical level. It is. As described above, in the widening work of the existing tunnel, a new investigation on geological information such as the surrounding ground condition is required, as is required for the maintenance management measures.
[0027]
Regarding the geological survey of such existing tunnels, the same problems as those associated with the geological survey conducted when isolating the influence of the ground conditions for the maintenance management occur. In other words, there may be problems such as conducting surveys under livelines while minimizing traffic restrictions, and drilling geological surveys.
[0028]
Therefore, as a geological exploration technique for the widening work of the existing tunnel, a technique for exploring the ground condition of the whole tunnel of the existing tunnel safely and easily without greatly affecting the use situation is preferable. It would be desirable if a technique for exploring the condition of the ground in the widened part of the tunnel could be applied by a non-contact / non-destructive investigation method.
[0029]
In addition, if geological information is obtained by this method, it is possible to confirm an appropriate boring point even if a situation in which a boring survey is used together for further investigation.
[0030]
An object of the present invention is to perform geological exploration in an existing tunnel while minimizing tunnel traffic restrictions.
[0031]
Another object of the present invention is to make it possible to easily perform geological exploration without disturbing tunnel traffic even in existing tunnels where geological data cannot be used, and to perform sufficient tunnel maintenance management based on the results. It is in.
[0032]
Another object of the present invention is to perform geological exploration easily without obstructing tunnel traffic even in existing tunnels where geological data cannot be used, and based on the results, can be applied to preliminary investigations such as widening construction of the tunnel. There is to be able to do it.
[0033]
[Means for Solving the Problems]
The geological exploration method for an existing tunnel of the present invention is a method for exploring the surrounding geology of an existing tunnel after opening, Ensuring that one side lane in the existing tunnel can pass vehicles, etc., on the other lane side in the existing tunnel, A plurality of vibration receiving devices are installed at a predetermined interval from one tunnel well of the existing tunnel to the other tunnel well, and correspond to the vibration receiving device. Same vibration place With shaker More than once The reflected wave according to the surrounding ground condition that touches the existing tunnel of the elastic wave generated by the vibration is received by the receiving device, and the reflected wave is analyzed to determine the surrounding geology of the existing tunnel. It is characterized by exploration.
[0034]
Between the one tunnel wellhead and the other tunnel wellhead is divided into a plurality of geological measurement sections, and the plurality of vibration receiving devices are installed by sequentially moving the plurality of geological measurement sections. It is characterized by being installed over the entire line. The vibration receiving device is installed on an underground passage surface of the existing tunnel and / or a lining concrete surface, and the vibration generating device vibrates by hitting the underground passage surface of the existing tunnel.
[0035]
The analysis is characterized in that at least a front reflected wave reflected from a front position from the front end of the front and rear ends of the measurement section and a back reflected wave reflected from a rear position from the rear end are used. The forward reflection is a forward reflected wave reflected from the immediately preceding measurement section adjacent to the front end of the measurement section, and the backward reflection is a backward reflected wave reflected from the immediately subsequent measurement section adjacent to the rear end of the measurement section. The ground condition for each measurement section is analyzed by superimposing the front reflected wave obtained by the measurement in the immediately following measurement section and the back reflected wave obtained by the measurement in the immediately preceding measurement section. Features. Such superposition may be performed, for example, by superimposing the front reflected wave and the back reflected wave on the same drawing.
[0036]
Geological exploration of an existing tunnel characterized in that the geological information obtained by the geological exploration method of an existing tunnel of any of the above configurations is used for pre-construction pre-investigation of construction for the existing tunnel such as widening construction Method.
[0037]
The present invention is a maintenance management method for an existing tunnel that determines whether or not the cause of tunnel degradation in an existing tunnel mine is based on ground conditions, and formulates maintenance measures for a tunnel degradation site based on the judgment, It is characterized in that it is determined whether or not the cause of tunnel degradation is based on ground conditions based on geological information obtained by applying the above existing tunnel geological exploration method.
[0038]
In the above-described configuration of the present invention, for example, a plurality of geophones are installed on the passage surface of an existing tunnel, and vibration is generated by a vibration device such as a hydraulic impactor corresponding to the vibration device installation location on the traffic surface. Safe geological exploration can be performed without using blast as the source. Because it is possible to use a small hydraulic exciter capable of self-propelled as a source of vibration, geological exploration of existing tunnels that are actually used for traffic is easily performed without significant traffic restrictions such as full road closure. be able to.
[0039]
By using a vibration generator such as a hydraulic impactor or a hydraulic vibrator as a vibration source, a vibration generator having a frequency characteristic in accordance with the natural ground characteristics can be adopted, and a more accurate ground in an existing tunnel. The situation can be grasped.
[0040]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIGS. 1A and 1B are explanatory diagrams showing the installation status of measuring instruments in a mine when performing geological exploration necessary for maintenance management of existing tunnels. FIG. 2 is a plan view schematically showing the state of FIG. 1 as viewed from above the tunnel.
[0041]
For example, the existing tunnel 10 shown in FIG. 1 is not in a state in which a long period of time has elapsed after construction and the geological survey result at the time of construction is easily available, but a geological survey for smooth maintenance and management of the tunnel 10 is performed. The case where it is necessary again is assumed. It is assumed that the tunnel 10 is routinely used as a road tunnel, and it is difficult to completely close the road for geological exploration.
[0042]
In the geological exploration method of the existing tunnel of the present invention, the geological exploration can be performed only in the other one-side lane while securing one-side traffic of the tunnel 10, that is, while allowing one-way traffic.
[0043]
As shown in FIGS. 1 and 2, in the section from one wellhead 11 a to the other wellhead 11 b of the tunnel 10, a survey section L as a plurality of measurement sections having the same length is provided on the entire tunnel along the laying direction of the tunnel 10. Set. In the case shown in FIGS. 1 and 2, only one survey line section L is shown for simplicity.
[0044]
As shown in FIG. 2, the survey line section L is set to one side lane in the tunnel as described above. Therefore, when the present invention is applied, it is not necessary to restrict the entire traffic in the tunnel, and one side traffic Just regulation. Such a state is shown in FIG. In FIG. 3A, the left side of the drawing is secured so that the vehicle W or the like can pass, and a survey line section L is set on the right side of the drawing to perform geological exploration.
[0045]
In the survey line section L, as shown in FIG. 1, a plurality of vibration receiving devices 12 are installed along the tunnel direction. The vibration receiving device 12 is installed in the survey section L at a predetermined interval on the traffic surface A along the tunnel direction. In the case shown in FIG. 1, for simplicity, a configuration in which eight vibration receiving devices 12 are arranged is shown. However, an appropriate pitch is set so that measurement data with good accuracy can be obtained, and it is commensurate with it. An appropriate number of vibration receiving devices 12 may be installed in accordance with the field conditions of the survey line section L.
[0046]
Several vibration receiving devices 12 are connected to one group by several, and each group is connected to a remote unit 13 which is an A / D converter. The remote units 13 are connected as shown in FIG. 1 and further connected to the recording / analyzing device 14.
[0047]
For the vibration receiving device 12, for example, a geophone (small seismometer) 12a having the configuration shown in FIG. 4 may be used. The geophone 12a is composed of a vibration receiving device main body 15a and a spike portion 15b that is detachably provided on the vibration receiving device main body 15a. Basically, the spike portion 15b is inserted into the measurement ground surface and the geophone 12a is connected to the geophone 12a. It is configured so that it can be fixed.
[0048]
Therefore, when the traffic surface A is non-paved, as shown in FIG. 4A, the spike portion 15b may be inserted and fixed as it is, but asphalt pavement or the like is applied. In this case, a mounting seat that can be stably placed on the passage surface A is provided once on the passage surface A, and the vibration receiving device main body 15a from which the spike portion 15b is removed is fixed and installed on the mounting seat.
[0049]
Signals from the plurality of vibration receiving devices 12 installed in this way are digitized by the remote unit 13 and then sent to the recording / analyzing device 14 for recording and analysis. As shown in FIG. 1B, the recording / analyzing device 14 is configured to issue an oscillation command in a wired or wireless manner to the vibration generating device 16 that vibrates in the vicinity of the vibration receiving device 12.
[0050]
For example, a hydraulic impactor shown in FIG. 5 may be used as the vibration generator 16. A small exciter that generates elastic waves can be used by hitting a grounding plate that is moved up and down in a hydraulic manner by colliding with the passage surface A. Or you may use vibrators, such as a hydraulic vibrator which can change the frequency of the elastic wave to generate | occur | produce by crimping | bonding the vehicle weight to the traffic surface A over a diaphragm.
[0051]
As shown in FIGS. 1 to 3, the vibration generating device 16 moves in the vicinity of the side of the plurality of vibration receiving devices 12 in order, and strikes the road surface A to generate elastic waves. The frequency of the generated elastic wave may be changed according to the natural ground conditions at the site. The frequency can be changed by selecting and using the vibration generating device 16 that generates an elastic wave suitable for the frequency.
[0052]
The vibration is performed corresponding to each of the plurality of vibration receiving devices 12 in the above-described manner. If necessary, vibration is performed a plurality of times (called stacking or superposition) at the same vibration generation location.
[0053]
The elastic waves generated by the vibration generating device 16 generating vibrations in the vicinity of each receiving device 12 propagate radially from the excitation point in the ground and are reflected at the boundary surface where the geology in the underground changes. The The reflected wave is received by the vibration receiving device 12, and the reflected wave is analyzed from the relationship between the elastic wave velocity and the reflection time, so that the location of the geological boundary surface can be known.
[0054]
The reflected wave received by the vibration receiving device 12 may be a reflected wave from a direction directly below the excitation point (hereinafter referred to as a reflected wave directly below), or a reflected wave from the ground in front of the excitation point (hereinafter referred to as the reflected wave). There is also a reflected wave from the inside of the ground at a position behind the excitation point (hereinafter referred to as a backward reflected wave).
[0055]
Therefore, the geological exploration in the survey line section may be performed from the analysis result of the direct reflected wave and the analysis result of the forward reflected wave and the backward reflected wave. As shown in FIG. 6 (A), the elastic wave generated from the excitation point of the roadbed surface A uses a direct reflected wave that is reflected by the geological boundary surface running along the roadbed surface A. Exploration of the horizontal structure of the geology directly below (hereinafter referred to as horizontal structure exploration).
[0056]
Further, as shown in FIG. 6B, the elastic wave generated from the excitation point of the roadbed surface A is reflected by the geological boundary surface running in the direction intersecting the roadbed surface A ahead of the excitation point. By using the reflected wave, the geological vertical structure in the survey section in front of the survey section where the vibration receiving device is installed can be explored. Similarly, the backward reflected wave can be used to search for a vertical structure in the rear survey line section (hereinafter referred to as a vertical structure search).
[0057]
That is, as shown in FIG. 6 (C), the horizontal structure of the geology using the direct reflection and the vertical structure of the geology using the forward reflected wave and the backward reflected wave are generated by the vibration in the survey line section. Each of the various structural conditions, and a comprehensive understanding of the geological situation can be obtained.
[0058]
When analyzing the forward reflected wave and the backward reflection, as shown in FIG. 7, the immediately preceding survey line L1 set adjacent to the front of the survey line segment L and the immediately following survey line set adjacent to the rear of the survey line segment L. It is possible to know the geological situation with the section L2. In the analysis of the reflection data shown in FIG. 7, the case where the reflection data directly under the survey line is omitted and the front reflection wave and the rear reflection wave are analyzed is shown. The superposition analysis of the front reflection wave and the rear reflection wave and the analysis of the direct reflection wave may be performed separately.
[0059]
Further, in the analysis of the reflection data, by using the reflected wave within the reflection time within a predetermined range, the acquired reflection data can be narrowed down only to the reflection data from the set immediately preceding line segment or just after the line segment.
[0060]
In FIG. 7, the survey line section L, the immediately preceding survey line section L1, and the immediately following survey line section L2 are taken on the horizontal axis assumed to be the entire tunnel line. On the lower side of the horizontal axis taking the survey line section L, the forward reflected wave reflected in the section corresponding to the immediately preceding survey line section L1 and the immediately following survey section L2 of the elastic wave generated by the vibration generator 16 in the survey line section L, the rear An analysis diagram F of the reflected wave is shown. In the analysis diagram F, the reflection time is taken in the vertical axis direction, and the installation points of the vibration receiving devices arranged in the survey line section L, that is, a plurality of vibration receiving points s may be taken in the horizontal axis direction. The number of reflected wave data corresponding to the number of receiving points s is acquired.
[0061]
Also, since the reflection time is short when reflected from a short distance and takes a long time when reflected from a long distance, if the reflection time is set to an appropriate range as described above, a preset section length is obtained. The analysis reflected wave can be narrowed down to only the reflected wave corresponding to the immediately preceding reflecting section L1 and the immediately following reflecting section L2. In FIG. 7, the state of the reflected wave is omitted from the central portion in the analysis diagram for simplicity.
[0062]
From the analysis of the forward reflected wave and the backward reflected wave, the boundary between the small geology of the reflective surface and the multi-surface of the reflective surface can be understood, that is, the existence of the boundary surface where the geology has changed from soft to hard and from hard to soft. You can see the geological situation of how long the soft zone and hard zone corresponding to the boundary surface are each continuing.
[0063]
Incidentally, as the installation interval of the vibration receiving device 12, in order to acquire data with good accuracy, the interval may be shortened, but a large number of vibration receiving devices 12 are installed accordingly. In the experiment, it was confirmed that accurate data acquisition was possible if it was installed in a straight line at intervals of 1.5 to 2 m. Of course, the installation interval may be set as appropriate in consideration of the situation in the field and the accuracy of the desired data.
[0064]
The analysis diagram F of the survey line section L in FIG. 7 schematically shows an analysis waveform group in which reflected waves other than the forward reflected wave and the backward reflected wave are removed as noise. A large number of reflected waves shown in the analysis waveform group indicate a front reflection wave and a back reflection wave received at a receiving point s corresponding one-to-one to a large number of excitation points shown on the horizontal scale of the analysis waveform group.
[0065]
FIG. 7 shows that each of the front reflected wave and the back reflected wave is excited at a plurality of times at each excitation point, and is generated at a separate excitation point different from the excitation point in a waveform superimposed by individual stacking. A superimposed waveform is shown in which a plurality of reflected waves obtained by shaking are subjected to position correction as performed at the excitation point and further superimposed.
[0066]
The reason why the two different stacking can be easily performed is that, in the present invention, a vibration generator capable of self-running is used as a vibration source without using blasting.
[0067]
As shown in FIG. 7, it can be seen that such an analysis waveform group includes a portion where a large wave x is continuously seen and a portion where a small wave y is continuously seen. By connecting the wave front at the boundary between the large wave x and the small wave y at each receiving point s with a straight line and extending the extrapolation line z toward the upper right side of the drawing (or the upper left side of the drawing), It is possible to predict the presence of a boundary surface between a relatively hard geology and a relatively soft geology in which forward reflection (or backward reflected wave) occurs. It can be determined that a portion where many large waves x are seen is relatively hard geology, and a portion where many small waves y are seen is relatively soft geology.
[0068]
In other words, if we read the intersection distance between the extrapolated line z connecting the wave front at the boundary between the part where many large waves x are seen and the part where many small waves y are seen, and the horizontal axis, If there is a boundary surface (geological boundary surface) between the soft portion and the hard portion of the geology from the survey line section L1, it can be roughly determined. FIG. 7 shows a case where the geological conditions before and after the survey line section L are zoned by the front reflection surface or the back reflection wave.
[0069]
The geological conditions of the immediately preceding survey segment L1 and the immediately following survey segment L2 determined in this way are shown on the horizontal axis of the corresponding segment. In FIG. 7, in the immediately preceding survey section L1, from the side close to the survey section L toward the front (in FIG. 7, toward the right side of the drawing), the reflective surface is less geological (hard) and the reflective surface is less reflective. A complex geological situation is frequently observed in which the geological situation frequently changes, such as a large number of reflective surface geology (soft), reflective surface minor geology (hard), reflective surface multiple geology (soft), and reflective surface minor geology (hard).
[0070]
On the other hand, in the immediately following survey line section L2, from the side close to the survey line section L toward the rear in order (in FIG. 7, toward the left side of the drawing), the reflective surface is less geological (hard), the reflective surface is multi-geological (soft), and the reflective surface. It can be seen that this is a relatively stable geological situation where minor geology (hard) repeats at almost equal intervals. Thus, from the survey in the survey line section L, the geological situation about the immediately preceding survey line section L1 and the immediately following survey line section L2 can be understood.
[0071]
When the geological survey in the survey line section L is completed in this way, the geological survey is performed by moving to the adjacent previous survey line section L2. In the present embodiment, since the plurality of survey line sections are set to the same length, the survey line section L and the previous survey line section L1 have the same length, and the same as when the vibration receiving device 12 is set in the survey line section L. The vibration receiving device 12 can be easily installed. The vibration receiving device 12, the remote unit 13, the recording / analysis device 14 and the like are set in the same manner as the survey line section L, and the vicinity of the plurality of vibration receiving devices 12 is sequentially excited by the vibration generating device. The geological survey of the survey line section L1 may be performed.
[0072]
In the geological survey in the survey line section L1, as in the survey line section L, the front reflected wave and the back reflected wave are analyzed, and the front previous survey line section L3 and the rear previous survey line section correspond to the previous survey line section L1. The geological survey of the survey line section L to be performed is performed. In this way, the vibration receiving device 12 is installed by sequentially moving a plurality of survey line sections, the data is acquired while receiving the reflected wave by exciting the vibration device 16 every time it is installed, and finally the tunnel Data can be acquired for all lines.
[0073]
In this way, while sequentially moving the survey line section, the geological data of the section immediately below, immediately before and immediately after the survey line section is acquired, and the geological situation of the entire tunnel line is analyzed by combining these geological data. It is shown in FIG. In FIG. 8, six blocks of survey sections a, b, c, d, e, and f are set along the entire tunnel line, and the above description is made by using reflected waves before and after sequentially moving each survey section. This shows how a geological survey is conducted in the manner described above.
[0074]
FIG. 8 shows how the geological situation obtained in each survey section is grasped from the data of the survey sections before and after the currently measured survey section. In the survey line section adjacent to the wellheads at both ends of the tunnel, the reflection of either the forward reflected wave or the backward reflected wave is obtained as data.
[0075]
That is, in the measurement in the survey section a in FIG. 8, the geological result of the survey section b corresponding to the previous survey section and the geological result of the section outside the tunnel wellhead are obtained as the forward exploration result A1. In the measurement in the survey line section b, the geological result of the survey line section c corresponding to the previous survey line section is obtained as the forward survey result B1, and the geological result of the survey line section a corresponding to the immediately subsequent survey section is obtained as the backward survey result B2.
[0076]
In the measurement in the survey line section c, the geological result of the survey line section d corresponding to the previous survey line section is obtained as the forward survey result C1, and the geological result of the survey line section b corresponding to the immediately subsequent survey section is obtained as the backward survey result C2. In the measurement in the survey section d, the geological result of the survey section e corresponding to the previous survey section is obtained as the forward survey result D1, and the geological result of the survey section d corresponding to the immediately subsequent survey section is obtained as the backward survey result D2.
[0077]
In the measurement in the survey section e, the geological result of the survey section f corresponding to the immediately preceding survey section is obtained as the forward survey result E1, and the geological result of the survey section e corresponding to the immediately following survey section is obtained as the backward survey result E2. In the measurement in the survey line section f, the geological result of the survey line section e corresponding to the immediately following survey section is obtained as the forward search result of the area outside the tunnel wellhead and the backward search result F2.
[0078]
In this way, except for tunnel both-end tunnel side survey sections (for example, corresponding to a and f in FIG. 8), the geological results of each survey section are A1 + C2, as shown in the analysis result below in FIG. As in B1 + D2, C1 + E2, D1 + F2, etc., it can be analyzed as a superposition of the forward search result and the backward search result. In the present invention, since the measurement data of both the front and rear of each survey line section can be combined, it is possible to perform a detailed geological survey with higher accuracy than when analyzing based on either one of the data. .
[0079]
Furthermore, in each survey section, in addition to the results of the vertical structure survey obtained from the front and back reflected waves, as described above, the result of the horizontal structure survey is also obtained from the direct reflected wave, so the analysis results from only the front and rear reflected waves More accurate geological exploration results.
[0080]
As shown in FIG. 9, by performing the analysis in the above manner, for example, it is confirmed that a crushing zone, a natural mountain fragile part, a geological boundary, or the like exists in front of the survey line section L, and in the rear. For example, the looseness of natural ground can be confirmed.
[0081]
In the geological exploration method of the existing tunnel of the present invention, as described above, since the geological exploration of the tunnel can be performed with a simple vibration device without restricting the entire traffic, the tunnel maintenance of the present invention incorporating such an exploration method is possible. The management method can devise appropriate maintenance measures against tunnel degradation safely in a short time without significantly hindering traffic even in trunk tunnels with a large traffic volume.
[0082]
In the above description, a plurality of survey line sections (measurement sections) are set in advance, and the reflected wave data is acquired in each survey line section each time by moving a set of a vibration receiving device or the like sequentially in each survey section, and the analysis However, for example, in the case of a short tunnel or the like, measurement may be performed by installing a vibration receiving device at predetermined intervals over the entire tunnel. In the analysis stage, a method of dividing and analyzing data into a plurality of survey line sections may be adopted. Of course, it is also possible to carry out the analysis without dividing the data into a plurality of survey line sections.
[0083]
In a long tunnel or the like, in order to install the vibration receiving device on all the lines at once, an extremely large number of vibration receiving devices are installed, and it may be difficult as a practical measure. As described above, if a plurality of survey line sections are set in advance and a limited number of vibration receiving devices are sequentially moved and measured, it is easy to handle the site.
[0084]
In such a case, for example, a plurality of sets of vibration receiving devices to be installed in the survey line section are prepared, and the vibration receiving device is advanced ahead of the front line segment while measuring with the current vibration generator. If you set, etc., you can continuously oscillate toward the survey section where you set the receiving device in advance without stopping the excitation work every time you set the receiving device Therefore, efficient geological exploration work can be performed.
[0085]
Next, the existing tunnel maintenance management method of the present invention will be described. The tunnel maintenance management method of the present invention is a method for appropriately performing maintenance and management measures based on the results of the above-described existing tunnel geological exploration method.
[0086]
Inspect the deterioration of the tunnel in detail by monitoring patrol across the entire tunnel. For example, the situation is recorded by carefully observing, for example, how much cracking has occurred in the lining concrete in the mine and whether there is no peeling of the concrete. When recording, use situation sketches or photography as appropriate.
[0087]
At the same time, the ground condition around the existing tunnel is performed according to the geological exploration method described above. Along the entire tunnel line, divide it into small sections and examine the ground conditions in detail. Such a small section may be the same as the survey line section partitioned by the geological exploration. The geological exploration described above is applied to evaluate the geological composition, ground strength, degradation range, ground bearing capacity, etc. for each survey section.
[0088]
The evaluation and the deterioration state of the tunnel obtained by the monitoring patrol or the like are summarized in a document format such as a tunnel deterioration investigation document or data that can be read and written by a computer in comparison with each surveying section. In summarizing, the geological situation and the degradation situation at the position can be quickly compared for each survey section along the entire line direction of the tunnel, for example, in m units or cm units.
[0089]
In addition, such a tunnel deterioration investigation document should be able to easily describe changes in deterioration and ground conditions in the future so that a comparison with time can be made quickly. By confirming the tunnel degradation survey report, the geology corresponding to the tunnel degradation site, for example, whether it is tuff, mudstone, or andesite, etc. should be known as soon as necessary.
[0090]
In this way, for example, it is possible to quickly determine whether tunnel deterioration such as cracks in lining concrete is based on external factors such as geological conditions or other internal factors. If it is determined that an external factor based on the surrounding ground conditions is the cause of the crack, whether or not the progress of the crack is recognized by comparing the cracks over time based on the tunnel deterioration survey report. to decide.
[0091]
When the progress of cracks is not substantially observed and it can be judged from the geological exploration results that the surrounding ground is stable, for example, an adhesive is injected into the crack in the lining concrete to prevent its expansion and separation It is judged that what is called repair measures, such as doing, should be taken.
[0092]
On the other hand, when the progress of the crack is recognized and the surrounding ground is not stabilized and the load bearing capacity of the tunnel structure is relatively lowered due to the influence thereof, the decrease in the load bearing capacity of the tunnel structure is suppressed, Alternatively, in order to improve the load bearing capacity, it is determined that structural reinforcement of the tunnel should be performed.
[0093]
In this way, in the existing tunnel maintenance and management method of the present invention using the above-described existing tunnel geological exploration method of the present invention, the cause of tunnel degradation is based on the geological exploration result obtained by the above-described geological exploration method. Judgment is due to the surrounding ground conditions of the tunnel, and if it is determined to be due to the ground conditions, is it possible to do the repair measures by comparing the tunnel degradation state and the ground conditions? Alternatively, it is possible to quickly and accurately determine whether or not a reinforcement measure on the tunnel structure is necessary.
[0094]
For this reason, a forward vibration wave, a rear reflection wave, etc. are used with a vibration method that strikes the road surface with a simple vibration device that can be moved without carrying out major traffic restrictions and without using blast vibration. Compared with the conventional existing tunnel maintenance management method that does not have a combination with the appropriate geological exploration method of the surrounding geological situation of the present invention that can perform detailed geological exploration, the maintenance management method of the existing tunnel according to the present invention, It is a very effective maintenance management method for the safety management of tunnels, which can accurately determine whether the cause of tunnel degradation is due to surrounding ground conditions.
[0095]
As described above, by using the geological exploration method of the present invention, it is possible to obtain geological information such as the ground conditions around the tunnel necessary for maintenance management of the existing tunnel. It can also be applied to geological surveys required for tunnel widening work. Hereinafter, this application method will be described.
[0096]
For example, as shown in FIG. 10, a case will be described below in which an existing tunnel 10 indicated by a broken line in the drawing is to be widened to the right side in view of the future traffic increase.
[0097]
As shown in FIG. 1, a plurality of geophones 12 a are used as vibration receiving devices 12 at predetermined intervals along the tunnel direction of the tunnel 10 so that the left side can be alternately passed toward the drawing of the tunnel 10. Install to form a survey line. The vibration receiving device 12 is installed close to the wall surface side of the tunnel 10, and is vibrated by the vibration generating device 16 on the side of each vibration receiving device 12. The vibration receiving device receives reflected waves and refracted waves of the generated elastic waves. 12 to receive the vibration.
[0098]
By applying the elastic wave refraction method together with the elastic wave reflection method to the data obtained in this way and analyzing the critical refracted wave on the data, geological information different from that obtained by the elastic wave reflection method can be obtained. Obtainable.
[0099]
The elastic wave radiated from the excitation point reaches the receiving point as a direct wave, reflected wave, or refracted wave, but when the elastic wave velocity below the surface layer is fast, it is refracted at the receiving point more than a certain distance away. It is observed as the wave that reaches the earliest (first movement). Therefore, at each receiving point, the running time, which is the initial movement arrival time, is plotted by the distance from the starting point to grasp the geological situation.
[0100]
In the analysis by the elastic wave reflection method, as shown in FIG. 11A, the time when the reflected wave returns and the reflection position (reflection depth, reflection location) can be known. Therefore, as compared with the elastic wave refraction method, as shown in FIG. 7, the existence position of the boundary surface where the elastic wave velocity at a deep depth changes from fast to slow, or from slow to fast is known. The specific reflected wave analysis geological structure corresponding to the change in the reflection intensity can be known.
[0101]
On the other hand, in the analysis by the elastic wave refraction method, as shown in FIG. 11 (B), the time when the refracted wave having a certain elastic wave velocity (Vp) returns is known. From this time, the distance between the receiving point and the starting point is known, and the velocity structure between the receiving point and the starting point is also known, and the specific geological structure is known from the velocity structure. In the analysis by the elastic wave refraction method, it is possible to know the refraction wave analysis geological structure captured as an elastic wave velocity zone at a shallower depth than the elastic wave reflection method.
[0102]
By using both the elastic wave analysis geological structure and the refraction wave analysis geological structure obtained by analyzing each of reflected waves and refracted waves in this way, continuous geological structure from shallow to deep depth of the ground surface Geological information about can be acquired. The analysis of the horizontal structure may be performed by analyzing the refracted wave from directly below the survey line, and the vertical structure may be analyzed by analyzing the refracted wave from the front or rear of the survey line.
[0103]
In the technical analysis of the cause of deterioration from the viewpoint of maintenance and management of existing tunnels, the geological information by the elastic wave reflection method is considered sufficient, but in the widening construction of existing tunnels that actually require excavation construction, The refraction wave analysis geological structure based on the elastic wave refraction method is useful geological information in addition to the reflected wave analysis geological structure.
[0104]
In the figure, the exploration region 17 in the widening direction of the tunnel 10 is indicated by a dotted line. A new widening tunnel 18 may be formed as shown in FIG. 10 based on both geological structure geological information related to the analysis of the reflected wave and the refracted wave in the exploration region 17.
[0105]
In the case shown in FIG. 12, the geological exploration situation when the existing tunnel 10 is widened in the left-right direction is shown. In this case, for example, the geological exploration on the right side may be performed with the left alternate traffic secured, and then the left geological survey with the right alternate traffic secured. In this way, the left and right horizontal and vertical geological information, which is the widening direction of the tunnel 10, can be obtained as described above.
[0106]
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and may be changed as necessary without departing from the scope of the invention.
[0107]
For example, in the above description, the case where the method of vibrating the traffic surface with the vibration generator is described, but the side wall surface of the tunnel or, if possible, the ceiling surface may be vibrated. In addition, in the above description, the shape of the tunnel mine has been described assuming a vaulted tunnel. However, for example, as shown in FIG. Can do.
[0108]
For example, in the above description, one side lane is completely stopped and one side traffic is shown, but in long tunnels, traffic can be routed before and after the survey section, and only the survey section is avoided. If this is done, geological exploration can be performed in a more relaxed manner.
[0109]
In the above description, the case of a road tunnel has been described, but the same can be done for a railway tunnel. In this case, the vibration generator can be configured to be able to travel on railroad rails. Or it can also advance by shaking the shoulder side of a rail.
[0110]
It is also preferable to design a tunnel in which the installation space of the vibration receiving device and the space for the vibration generating point by the vibration generating device are provided in the tunnel in advance so that geological exploration can be performed as needed even after the opening. .
[0111]
Further, in the analysis, if it is judged that the information on the horizontal structure directly under the tunnel is not important depending on the condition of the surrounding natural ground, analyze the reflected waves before and after without analyzing the reflected waves directly under the tunnel. You may make it perform.
[0112]
The application of the present invention need not be limited to a mountain tunnel, and can also be applied to a submarine tunnel. In particular, in a submarine tunnel, a large water pressure is always applied, and it is impossible to neglect confirmation of a water discharge state into the tunnel, and it is also impossible to use blast vibration. Therefore, the application of the present invention is effective. The application is not limited to tunnels, but can also be applied to geological exploration of underground passages, caves, caves, etc., which have almost the same structure as tunnels.
[0113]
【The invention's effect】
According to the present invention, geological exploration of an existing tunnel can be performed using a vibration generating device that vibrates by hitting a traffic surface in a tunnel mine. In particular, since blast vibration is not adopted, it is possible to explore safely without damaging existing tunnels.
[0114]
In the present invention, unlike the case of blasting vibration, the frequency of the generated elastic wave can be changed in accordance with the natural ground condition by using the vibration generating device, and more accurate geological exploration is possible. In addition, unlike the case of blasting vibration, there is no restriction on the vibration position, so it is possible to select a free vibration position on the tunnel tunnel inner surface, ceiling surface, etc. as well as on the existing tunnel traffic surface.
[0115]
The installation position of the vibration receiving device may be any position in the tunnel mine, such as the tunnel passage surface or the vicinity of the side wall, and the degree of freedom of equipment installation is higher than blasting vibration. There is no need for drilling work at both the vibration generation position and the vibration reception position, making it easy to set up before measurement.
[0116]
In the present invention, by providing a plurality of measurement sections along the entire tunnel line and installing a plurality of excitation points and receiving points, it is forward from the excitation point as compared with the case of analyzing only with the reflected wave directly below. Since the reflected wave and the back reflected wave can be combined and analyzed, geological exploration with higher accuracy can be performed.
[0117]
Unlike blasting vibrations, individual stacking can be performed to oscillate a plurality of times at the same point. Therefore, even if the elastic wave energy is smaller than in the case of blasting vibrations, geological exploration can be performed with high accuracy.
[0118]
By using the vibration generator, the energy of the elastic wave to be generated can be kept small compared to the blasting vibration, and the proportion of the elastic wave transmitted is small even at a location relatively close to the vibration generating position. Then, it is possible to discriminate in detail the data of a relatively close vicinity section from the measurement section where the detailed search cannot be performed to about 100 m.
[0119]
Data with different measurement positions can be superimposed and evaluated in the same tunnel, and the measurement accuracy improves as the number of measurements increases. The first measurement data can be reflected in the second, third, and subsequent measurements.
[0120]
The geological exploration method of the existing tunnel of the present invention can be used as preliminary survey data for the geological survey of the widening work of the existing tunnel, and the geological survey in the widening work can be performed under a live line.
[0121]
In the existing tunnel maintenance management method of the present invention, since the geological exploration result based on the geological exploration method of the existing tunnel of the present invention is used, unlike the conventional case, it is possible to take highly accurate maintenance measures. In addition, the geological exploration method of the existing tunnel of the present invention is a method that does not use blasting vibrations, so that geological exploration can be performed without incurring a large cost, and there is no cost for many small tunnels. Maintenance management can be performed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1A is an explanatory diagram illustrating an example of an arrangement status of measuring devices in a tunnel to which the present invention is applied, and FIG. 1B is an explanatory diagram illustrating a connection status of a recording / analyzing apparatus.
FIG. 2 is a plan view showing vibration and receiving conditions in the tunnel mine.
FIGS. 3A and 3B are cross-sectional views showing a state in which geological exploration is performed while one-way traffic is performed in a tunnel mine.
4A is a cross-sectional view showing a state of installation of a vibration receiving device, and FIG. 4B is a perspective view showing a state of the vibration receiving device installed.
FIG. 5 is a side view showing a state in which vibration is generated using a vibration generator.
FIGS. 6A and 6B are explanatory views showing the state of horizontal structure exploration by direct reflected waves, FIG. 6B is an explanatory view showing the state of vertical structure exploration by front and rear reflected waves, and FIG. It is explanatory drawing which shows the exploration status of both horizontal structure exploration and vertical structure exploration in a section.
FIG. 7 is an explanatory diagram showing a usage state of an analysis diagram using a front reflected wave and a back reflected wave.
FIG. 8 is an explanatory diagram showing a procedure for performing geological exploration by dividing the entire tunnel line into a plurality of measurement sections.
FIG. 9 is an explanatory diagram showing an example of a geological situation determined from an analysis result.
FIG. 10 is an explanatory diagram showing a case where geological exploration for widening a tunnel in one direction is performed.
FIGS. 11A and 11B are schematic views showing a reflection state of elastic waves, and FIG. 11B is a schematic view showing a refraction state of elastic waves.
FIG. 12 is an explanatory diagram showing a case where geological exploration for widening a tunnel on both sides is performed.
[Explanation of symbols]
10 Tunnel
11a wellhead
11b wellhead
12 Vibration receiving device
12a Geophone
13 Remote unit
14 Recorder / Analyzer
15a Body of vibration receiving device
15b Spike part
16 Vibration generator
17 Exploration area
18 Widening tunnel
a Survey line section
b Survey line section
c Line segment
d Survey line section
e Survey line section
A traffic surface
A1 Forward search results
A2 Backward survey results
B1 Forward search results
B2 Backward search results
C1 forward search results
C2 backward search results
D1 Forward search results
D2 Backward search results
E1 forward search results
E2 backward search results
F1 forward search results
F2 backward search results
L Survey line section
L1 Previous survey section
Line section immediately after L2
L3 survey section
W vehicle

Claims (7)

開通後の既存トンネルの周辺地質を探査する方法であって、
前記既存トンネル内の片側車線を車両などの通行が行えるように確保し、
前記既存のトンネル内の他方の車線側に、前記既存トンネルの一方のトンネル坑口から他方のトンネル坑口まで、複数の受振装置を所定間隔で設置し、
前記受振装置に対応させて、前記既存トンネル坑内の同一起振場所を起振装置で複数回叩いて起振し、
起振により発生した弾性波の前記既存トンネルに接する周辺地山状況に応じた反射波を前記受振装置で受振し、
前記反射波を解析して前記既存トンネルの周辺地質を探査することを特徴とする既存トンネルの地質探査方法。
A method of exploring the surrounding geology of an existing tunnel after opening,
Secure one side lane in the existing tunnel so that vehicles can pass,
On the other lane side in the existing tunnel , a plurality of vibration receiving devices are installed at a predetermined interval from one tunnel wellhead of the existing tunnel to the other tunnel wellhead,
Corresponding to the vibration receiving device, the same vibration location in the existing tunnel mine is struck multiple times with the vibration generating device,
The reflected wave is received by the vibration receiving device according to the surrounding natural ground conditions in contact with the existing tunnel of the elastic wave generated by the vibration,
A geological exploration method for an existing tunnel characterized by exploring the surrounding geology of the existing tunnel by analyzing the reflected wave.
請求項1記載の既存トンネルの地質探査方法において、
前記一方のトンネル坑口から前記他方のトンネル坑口までの間は、複数の地質測定区間に区分され、複数の前記受振装置は複数の前記地質測定区間を順に移動させて設置することにより、前記既存トンネルの全線に亙って設置されることを特徴とする既存トンネルの地質探査方法。
In the geological exploration method of the existing tunnel according to claim 1,
Between the one tunnel wellhead and the other tunnel wellhead is divided into a plurality of geological measurement sections, and the plurality of vibration receiving devices are installed by sequentially moving the plurality of geological measurement sections. A geological exploration method for existing tunnels, which is installed along the entire line.
請求項2記載の既存トンネルの地質探査方法において、
前記受振装置は、前記既存トンネルの坑内通行面、および/または覆工コンクリート面に設置され、
前記起振装置は前記既存トンネルの前記坑内通行面を叩いて起振することを特徴とする既存トンネルの地質探査方法。
In the geological exploration method of the existing tunnel according to claim 2,
The vibration receiving device is installed on the underground tunnel surface and / or lining concrete surface of the existing tunnel,
The method for geological exploration of an existing tunnel, wherein the exciter vibrates by hitting the underground traffic surface of the existing tunnel.
請求項2または3記載の既存トンネルの地質探査方法において、
解析には、前記測定区間の前後端の前端より前方位置から反射してくる前方反射波と、後端より後方位置から反射してくる後方反射波とを、少なくとも使用することを特徴とする既存トンネルの地質探査方法。
In the geological exploration method of the existing tunnel according to claim 2 or 3,
The analysis uses at least a front reflected wave reflected from a front position from the front end of the front and rear ends of the measurement section and a back reflected wave reflected from a rear position from the rear end. Tunnel geological exploration method.
請求項4記載の既存トンネルの地質探査方法において、
前記前方反射は、前記測定区間の前端に隣接する直前測定区間から反射する前方反射波であり、
前記後方反射は、前記測定区間の後端に隣接する直後測定区間から反射する後方反射波であり、
各測定区間ごとの地山状況は、直後測定区間での測定により得られた前方反射波と、直前測定区間での測定により得られた後方反射波とを、重合して解析されることを特徴とする既存トンネルの地質探査方法。
In the geological exploration method of the existing tunnel according to claim 4,
The forward reflection is a forward reflected wave reflected from the immediately preceding measurement section adjacent to the front end of the measurement section,
The back reflection is a back reflected wave that is reflected from the immediately following measurement section adjacent to the rear end of the measurement section,
The ground condition in each measurement section is analyzed by superimposing the front reflected wave obtained by the measurement in the immediately following measurement section and the back reflected wave obtained by the measurement in the immediately preceding measurement section. The existing tunnel geological exploration method.
請求項1ないし5のいずれか1項に記載の既存トンネルの地質探査方法により得られた地質情報が、拡幅工事など前記既存トンネルを対象とした工事の施工前事前調査に使用されることを特徴とする既存トンネルの地質探査方法。  The geological information obtained by the geological exploration method of an existing tunnel according to any one of claims 1 to 5 is used for a pre-construction pre-investigation of construction for the existing tunnel such as widening construction. The existing tunnel geological exploration method. 既存トンネル坑内のトンネル劣化原因が地山状況に基づくものか否かの判断を行い、前記判断に基づきトンネル劣化部位の保守対策を策定する既存トンネルの保守管理方法であって、
前記トンネル劣化原因が地山状況に基づくものか否かの判断を、請求項1ないし5のいずれか1項に記載の既存トンネルの地質探査方法の適用により得られた地質情報に基づき行うことを特徴とする既存トンネルの保守管理方法。
It is a maintenance management method for an existing tunnel that determines whether the cause of tunnel degradation in an existing tunnel mine is based on ground conditions, and formulates maintenance measures for the tunnel degradation site based on the above judgment,
The determination as to whether or not the cause of tunnel degradation is based on ground conditions is based on geological information obtained by applying the existing tunnel geological exploration method according to any one of claims 1 to 5. A maintenance method for existing tunnels.
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